CN207717617U - 一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其包括可调谐激光器、分光片、参考通道光电探测器、测量通道光电探测器和激光器驱动控制单元，其中，所述激光器驱动控制单元的输出端与所述可调谐激光器的输入端连接，所述参考通道光电探测器的输出端、测量通道光电探测器的输出端分别与所述激光器驱动控制单元的输入端连接，所述可调谐激光器向所述分光片发出激光带正弦调制信号，所述分光片将所述激光带正弦调制信号分为用于对激光器波长进行锁定的参考激光和用于气体探测的探测激光。本实用新型的有益效果是：可通过参考激光对激光器波长进行锁定，减少温度对遥测性能的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光气体检测设备，尤其涉及一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置。
背景技术
随着可调谐半导体激光吸收光谱（Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy）气体检测技术的飞速发展，该技术具有高灵敏、高分辨率、具有指纹特性及快速响应等优点，可以广泛的应用在气体检测上。
但是，传统的激光气体检测设备在进行气体探测时，难以对激光器波长进行锁定，导致遥测性能容易受到温度的影响。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置。
本实用新型提供了一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其包括可调谐激光器、分光片、参考通道光电探测器、测量通道光电探测器和激光器驱动控制单元，其中，所述激光器驱动控制单元的输出端与所述可调谐激光器的输入端连接，所述参考通道光电探测器的输出端、测量通道光电探测器的输出端分别与所述激光器驱动控制单元的输入端连接，所述可调谐激光器向所述分光片发出激光带正弦调制信号，所述分光片将所述激光带正弦调制信号分为用于对激光器波长进行锁定的参考激光和用于气体探测的探测激光，所述参考通道光电探测器接收所述参考激光，所述测量通道光电探测器接收所述探测激光。
作为本实用新型的进一步改进，所述分光片、测量通道光电探测器之间的光路中设有凹面聚焦透镜和窄带滤光片，所述分光片分出的探测激光经过反射物体的漫反射之后返回，由所述凹面聚焦透镜接收，并通过窄带滤光片聚焦在测量通道光电探测器上。
作为本实用新型的进一步改进，所述分光片、凹面聚焦透镜之间的光路中设有平面反射镜，所述分光片分出的探测激光经过平面反射镜反射到反射物体。
作为本实用新型的进一步改进，所述平面反射镜与所述分光片相平行。
作为本实用新型的进一步改进，所述平面反射镜、凹面聚焦透镜之间的光路中设有保护窗片，所述平面反射镜反射出的探测激光垂直射入所述保护窗片后再射入反射物体。
作为本实用新型的进一步改进，所述平面反射镜、凹面聚焦透镜位于同一光轴上。
作为本实用新型的进一步改进，所述凹面聚焦透镜的焦点位于所述测量通道光电探测器的接收端面上。
作为本实用新型的进一步改进，所述分光片、参考通道光电探测器之间的光路中设有参考气池，所述分光片分出的参考激光经过所述参考气池后射入所述参考通道光电探测器。
作为本实用新型的进一步改进，所述激光器驱动控制单元包括信号调理模块、微处理器和激光驱动器，所述参考通道光电探测器的输出端、测量通道光电探测器的输出端分别与所述信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块的输出端与所述微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与所述激光驱动器的输入端连接，所述激光驱动器的输出端与所述可调谐激光器的输入端连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述分光片的入射角度为45度。
本实用新型的有益效果是：通过上述方案，可通过参考激光对激光器波长进行锁定，减少温度对遥测性能的影响。
附图说明
图1是本实用新型一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置的光路示意图。
图2是本实用新型一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1至图2所示，一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其包括可调谐激光器1、分光片2、参考通道光电探测器3、测量通道光电探测器6和激光器驱动控制单元，其中，所述激光器驱动控制单元的输出端与所述可调谐激光器1的输入端连接，所述参考通道光电探测器3的输出端、测量通道光电探测器6的输出端分别与所述激光器驱动控制单元的输入端连接，所述可调谐激光器1向所述分光片2发出激光带正弦调制信号，所述分光片2将所述激光带正弦调制信号分为用于对激光器波长进行锁定的参考激光和用于气体探测的探测激光，所述参考通道光电探测器3接收所述参考激光，所述测量通道光电探测器6接收所述探测激光。
如图1至图2所示，所述分光片2、测量通道光电探测器6之间的光路中设有凹面聚焦透镜8和窄带滤光片7，所述分光片2分出的探测激光经过墙面16（或者其他反射物体）的漫反射之后返回，由所述凹面聚焦透镜8接收，并通过窄带滤光片7聚焦在测量通道光电探测器6上。
如图1至图2所示，所述分光片2、凹面聚焦透镜8之间的光路中设有平面反射镜4，所述分光片2分出的探测激光经过平面反射镜4反射到墙面16。
如图1至图2所示，所述平面反射镜4与所述分光片2相平行。
如图1至图2所示，所述平面反射镜4、凹面聚焦透镜8之间的光路中设有保护窗片5，所述平面反射镜4反射出的探测激光垂直射入所述保护窗片5后再射入墙面16。
如图1至图2所示，所述平面反射镜4、凹面聚焦透镜8位于同一光轴上。
如图1至图2所示，所述凹面聚焦透镜8的焦点位于所述测量通道光电探测器6的接收端面上。
如图1至图2所示，所述分光片2、参考通道光电探测器3之间的光路中设有参考气池12，所述分光片2分出的参考激光经过所述参考气池12后射入所述参考通道光电探测器3。
如图1至图2所示，所述激光器驱动控制单元包括信号调理模块10、微处理器11和激光驱动器9，所述参考通道光电探测器3的输出端、测量通道光电探测器6的输出端分别与所述信号调理模块10的输入端连接，所述信号调理模块10的输出端与所述微处理器11的输入端连接，所述微处理器11的输出端与所述激光驱动器9的输入端连接，所述激光驱动器9的输出端与所述可调谐激光器1的输入端连接。
如图1至图2所示，所述分光片2的入射角度为45度。
如图1至图2所示，所述可调谐激光器1优选为带准直散热可调谐二极管激光器，所述可调谐激光器1是采用爱尔兰厂商TO1654nm的激光器，主要用于甲烷气体的检测；更换不同的波段的激光器可以对不同气体的探测，该装置适用于不同气体遥测结构。
如图1至图2所示，所述分光片2采用的是19/1的分光比，所述可调谐激光器1发出的大部分光用于气体探测（简称探测激光），少量光（简称参考激光）用于对激光器波长进行锁定，减少温度对遥测性能的影响。
如图1至图2所示，所述凹面聚焦透镜8与菲尼尔透镜对比，采用相同尺寸的菲尼尔透镜激光透过率为70%，而凹面聚焦透镜8的透过率为90%，相比于菲尼尔透镜，凹面聚焦透镜8的聚焦激光效果更佳（通过相同条件下采用菲尼尔透镜和凹面聚焦透镜8对比实验得到的）。
如图1至图2所示，所述参考通道光电探测器3接收的信号主要用来进行激光器波长锁定，具体实施是通过信号调理模块10调理，经由微处理器11（即主控MCU）内部ADC采集计算，计算出波长偏移量，再通过微处理器11内部DAC对激光驱动器9进行设置，从而对激光器波长进行锁定。
如图1至图2所示，所述参考通道光电探测器3接收的信号主要用来气体探测，具体实施是通过信号调理模块10进行信号调理，对信号进行放大和滤波，再由微处理器11内部ADC进行数据采集处理，提取探测信号中带甲烷吸收的二次谐波的成分，经过相应的浓度标定算法，反演出探测到的甲烷的浓度信息。
本实用新型提供的一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，具体调节过程如下：
第一步，将可调谐激光器1固定在固定支架上，让可调谐激光器1发出的激光通过分光片2，其中分光片2与激光器入射光线成45°，使激光器发出的激光光束一分为二，通过激光观察卡查看分光后的激光入射角度，确保发出的激光与分光片2反射的光线垂直。
第二步，安装三角固定支架13，使平面反射镜4与分光片2平行，调整平面反射镜4角度，使分光片2反射出的激光光线通过平面反射镜4反射的光线垂直于保护窗片5。
第三步，将凹面聚焦透镜8安装在凹面聚焦透镜支架14上并固定，通过安装支架固定在固定支架上，在5m处向凹面聚焦透镜8发出红色可见光，确保凹面聚焦透镜8聚焦光轴和平面反射镜4在同一光轴上并固定，将测量通道探测器6固定在三角固定支架13上，再将窄带滤光片7固定在三角固定支架13上。
第四步，将参考气池12固定在分光片2分光的参考光路上，再固定参考通道光电探测器3，使光电转换信号最强。
最后，将测量通道探测器6接入电路板15，微调凹面聚焦透镜8焦点，确保凹面聚焦透镜8的焦点在测量通道探测器6的端面上，使光电转换信号最强。
本实用新型提供的一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，解决了波长锁定在遥测设备上的应用以及了TO激光器在遥测结构应用，主要应用于同轴结构上的应用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：包括可调谐激光器、分光片、参考通道光电探测器、测量通道光电探测器和激光器驱动控制单元，其中，所述激光器驱动控制单元的输出端与所述可调谐激光器的输入端连接，所述参考通道光电探测器的输出端、测量通道光电探测器的输出端分别与所述激光器驱动控制单元的输入端连接，所述可调谐激光器向所述分光片发出激光带正弦调制信号，所述分光片将所述激光带正弦调制信号分为用于对激光器波长进行锁定的参考激光和用于气体探测的探测激光，所述参考通道光电探测器接收所述参考激光，所述测量通道光电探测器接收所述探测激光。
2.根据权利要求1所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述分光片、测量通道光电探测器之间的光路中设有凹面聚焦透镜和窄带滤光片，所述分光片分出的探测激光经过反射物体的漫反射之后返回，由所述凹面聚焦透镜接收，并通过窄带滤光片聚焦在测量通道光电探测器上。
3.根据权利要求2所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述分光片、凹面聚焦透镜之间的光路中设有平面反射镜，所述分光片分出的探测激光经过平面反射镜反射到反射物体。
4.根据权利要求3所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述平面反射镜与所述分光片相平行。
5.根据权利要求3所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述平面反射镜、凹面聚焦透镜之间的光路中设有保护窗片，所述平面反射镜反射出的探测激光垂直射入所述保护窗片后再射入反射物体。
6.根据权利要求3所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述平面反射镜、凹面聚焦透镜位于同一光轴上。
7.根据权利要求2所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述凹面聚焦透镜的焦点位于所述测量通道光电探测器的接收端面上。
8.根据权利要求1所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述分光片、参考通道光电探测器之间的光路中设有参考气池，所述分光片分出的参考激光经过所述参考气池后射入所述参考通道光电探测器。
9.根据权利要求1所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述激光器驱动控制单元包括信号调理模块、微处理器和激光驱动器，所述参考通道光电探测器的输出端、测量通道光电探测器的输出端分别与所述信号调理模块的输入端连接，所述信号调理模块的输出端与所述微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与所述激光驱动器的输入端连接，所述激光驱动器的输出端与所述可调谐激光器的输入端连接。
10.根据权利要求1所述的带波长锁定遥测式激光甲烷光接收调节装置，其特征在于：所述分光片的入射角度为45度。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110031427A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-07-19 | 中国科学技术大学 | 一种环境气体的扫描探测方法及激光雷达 |
| CN110376133A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-25 | 徐州旭海光电科技有限公司 | 一种便携式气体探测仪用光学组件 |
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2018
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